RESISTÊNCIA À CORROSÃO DE LIGA NB-TI OBTIDA POR METALURGIA DO PÓ
1Carlos Alberto Picon2 Daniel Yvan Martin Delforge3 Amadeu Lombardi Neto4 Sérgio Antonio Spinola Machado5 Germano Tremiliosi Filho5 Luiz Carlos Casteletti6
Resumo
Foram confeccionadas pastilhas de nióbio, titânio e nióbio-titânio pelo processo de metalurgia do pó. Para a compactação dessas pastilhas foi empregada uma pressão de 1GPa, em prensa convencional. A sinterização foi efetuada em forno tubular com atmosfera de argônio, na temperatura de 10000C, por 4h. Os ensaios de corrosão eletroquímica, utilizando como eletrólito água do mar, foram realizados nas pastilhas compactadas e sinterizadas.
Palavras-chave: Corrosão; Liga de titânio-nióbio; Metalurgia do pó.
CORROSION RESISTANCE Nb-Ti ALLOY OBTAYNED BY POWDER METALLURGY
Abstract
Niobium, titanium, and niobium-titanium pastilles were produced by powder metallurgy process. For compaction of the pastilles a pressure of 1GPa was employed in a conventional press. Sintering was performed in tube furnace under argon flow at a temperature of 1000C for 4h. Electrochemical corrosion tests were performed on the surface of the compacted and sintered specimens using natural sea-water as electrolyte.
Keywords: Corrosion; Titanium-niobium alloy; Powder metallurgy process.
1 Contribuição técnica ao 68º Congresso Anual da ABM - Internacional, 30 de julho a 2 de agosto de 2013, Belo Horizonte, MG, Brasil.
2 Físico. Prof. Dr. Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira – FEIS/DFQ/UNESP. Ilha Solteira, SP, Brasil.
3 Engenheiro Mecânico. Prof. Dr. - Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira – FEIS/DEM/UNESP.
Ilha Solteira, SP, Brasil.
4 Engenheiro de Materiais. Doutor- Universidade Federal de São Carlos – DEM/UFSCAR. São Carlos, SP, Brasil.
5 Químico. Prof. Dr. Instituto de Química de São Carlos – IQSC/DFQ/USP. São Carlos, SP, Brasil.
6 Engenheiro de Materiais. Prof. Dr - Escola de Engenharia de São Carlos – EESC/DEMM/USP.
São Carlos, SP, Brasil.
manufatura de produtos metálicos ferrosos e não ferrosos e de materiais cerâmicos que vem se desenvolvendo e conquistando cada vez mais o mercado de fabricação de peças para setores da indústria automobilística de eletrodomésticos, metal duro, fotocopiadoras, freios, embreagens, contatos elétricos e inúmeros outros produtos.
Basicamente, a Metalurgia do Pó consiste em se compactar pós-metálicos dentro de cavidades denominadas matrizes, para em seguida se aquecer o compactado a temperaturas entre 75% e 80% do ponto de fusão do material, sob a ação de atmosfera protetora contra a oxidação, promovendo-se assim ligações metalúrgicas em pontos de microsoldagens.(1-4)
O titânio é um elemento de transição metálico, de número atômico 22, com PF = 16880 C e PE = 32800 C, com densidade de 4,51 g.cm-3, foi descoberto por Gregor em 1789. O teor de titânio existente na crosta terrestre é bastante elevado (0,6%), quando comparado com diversos outros metais1. As principais fontes são rutilo (TiO2) e em menor extensão a ilmenita (FeTiO3). O elemento também ocorre em muitos outros minerais. É obtido por aquecimento do óxido com carbono e cloro para dar TiCl4 que é reduzido no processo Kroll. A principal aplicação é em grande número de ligas fortes, resistentes à corrosão, para aeronaves, navios, indústria química.O fato desse metal exercer um alto potencial de eletrodo, é devido à formação de um filme de óxido passivante sobre sua superfície. A estabilidade desta cobertura protege o metal de posteriores deteriorações.
O nióbio é um metal mole e dúctil, devido à sua estrutura do tipo cúbica de corpo centrado – ccc, que permite um fácil deslizamento das camadas. Possui aspecto similar ao aço e quando polido, brilha lembrando a Platina, sendo, porém levemente azulado. Apresenta elevados pontos de fusão (2468ºC) e ebulição (4758ºC) e densidade de 8,57 g/cm³. O Brasil é o maior produtor de Nióbio, mais de 90% do total do minério do mundo se localiza no país. Oitenta por cento da produção do Nióbio destina-se ao preparo de ligas Ferro-Nióbio, dotadas de elevados índices de elasticidade e alta resistência a choques.(2,3) Ele também apresenta grande resistência ao ataque pela maior parte das substâncias orgânicas e à corrosão por ácidos minerais, em todas as concentrações e abaixo de 100°C (com exceção do HF), porém se dissolve em álcali fundido. Ele reage com oxigênio e nitrogênio em temperaturas acima de 300°C e, nestas condições, forma filmes dos respectivos óxidos, muito resistentes e altamente passivos, possibilitando o uso desses metais na fabricação de equipamentos ou peças que requeiram alta resistência à corrosão.(1,4) Pode-se definir corrosão como a deterioração de um material por ação química ou eletroquímica do meio ambiente associada ou não a esforços mecânicos. Em geral, é um processo espontâneo, está constantemente transformando os materiais metálicos de modo que a durabilidade e desempenho dos mesmos deixam de satisfazer os fins a que se destinam.(5-9)
Nesse trabalho foi verificado o comportamento de liga de Nb-Ti obtida por metalurgia do pó, em relação à corrosão em meio salino, utilizando água do mar natural, através do levantamento das curvas de polarização potenciodinâmicas.
2 MATERIAL E MÉTODOS
Amostras cilíndricas de 10 mm de diâmetro e 5 mm de espessura dos materiais Ti, Nb, e Ti-Nb, foram obtidas por compactação de pós em prensa convencional,
utilizando pressão de compactação de 1 GPa. O trabalho foi realizado em duas etapas. Na primeira etapa, os pós foram somente compactados, sem utilização de temperatura. Na segunda etapa, as amostras foram compactadas e tratadas termicamente, em forno convencional em atmosfera de argônio. Os materiais foram sinterizados à temperatura de 1.0000 C por 4 horas. Após lixamento, polimento e limpeza em ultrassom por 10 min. em cada uma das soluções de acetona, álcool etílico e água destilada, as amostras foram submetidas aos ensaios de polarização potenciodinâmica em um potenciostato Autolab-PGSTAT 302. A célula eletroquímica utilizada consta de três eletrodos, sendo o eletrodo auxiliar de Pt e o de referência, um Eletrodo de Calomelano Saturado (ECS). O eletrólito utilizado foi água do mar natural da Praia de Ponta Negra (Natal-Rio Grande do Norte, pH= 8,14, T= 20,5 0 C).
O intervalo de potencial percorrido foi de -1.0 V a +1.2V, empregando velocidade de varredura de 1mVs-1. Para a obtenção da Microscopia Eletrônica de Varredura- M.E.V. e Energia Dispersiva de Raios-X-EDX, foi empregado um Microscópio Eletrônico de Varredura, com microssonda acoplada, modelo Zeiss-Leica/440 com filamento de tungstênio (CAQI-IQSC-USP).
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Figura 1 ilustra a Microscopia Eletrônica de Varredura- MEV da superfície do titânio (esquerda), da superfície do nióbio (centro) e da liga titânio-nióbio (direita), sinterizadas. A região branca na liga corresponde ao elemento nióbio e a região escura ao elemento titânio.
Figura 1 - Microscopia Eletrônica de Varredura da superfície do titânio (esquerda), da superfície do nióbio (centro) e da liga titânio-nióbio (direita).
A Figura 2 ilustra o Espectro de Energia Dispersiva de Raios-x – EDX, da liga de titânio-nióbio após sinterização.
0 2 4 6 8 10 Energy (keV) 0
1000 2000 3000 4000
Ti O
Nb Nb
Nb Ti
Ti
Figura 2 - Espectro de Energia de Raios-X da superfície da liga Ti-Nb obtida por metalurgia do pó.
A composição semi-quantitativa dos elementos da liga Ti-Nb obtida por EDX, está inserida na Tabela 1.
Tabela 1- Composição semi-quantitativa dos elementos constituintes da liga Ti-Nb
Materiais % atômica
Titânio 50,94
Nióbio 39,89 Oxigênio 9,18
As curvas de polarização potenciodinâmicas para as amostras de nióbio, titânio e liga nióbio-titânio somente compactadas ( C), após os ensaios de corrosão em água do mar natural, estão inseridas na Figura 3 e para as amostras sinterizadas (S) estão inseridas na Figura 4.
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5
10-7 10-6 1x10-5 1x10-4 10-3
Densidade de CorrenteI (A.cm-2) Potencial E (V ECS)
NbC-AMN TiC-AMN Nb-Ti-AMN
Figura 3 – Curvas de polarização potenciodinâmicas para as amostras compactadas (C).
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5
10-7 10-6 1x10-5 1x10-4 10-3 10-2
Densidade de Corrente (A.cm-2) Potencial E (V ECS)
NbS-AMN TiS-AMN Nb-TiS-AMN
Figura 4 – Curvas de polarização potenciodinâmicas para as amostras Sinterizadas (S).
Os parâmetros eletroquímicos obtidos das curvas de polarização para as amostras de nióbio, titânio e da liga nióbio-titânio compactadas e sinterizadas estão inseridos na Tabela 2.
Tabela 2 - Parâmetros eletroquímicos para os materiais Nb, Ti e liga Nb-Ti, compactados (C) e sinterizados ( S )
Material/meio Ecorr (mV) Icorr (nA.cm-2) Rp (KΩ.cm2)
Nb C -405 351,56 5,17
Ti C -417 683,59 1,14
Nb-Ti C -561 787,35 2,92
Nb S -390 598,14 2,31
Ti S -371 495,56 1,28
Nb-Ti S -356 592,04 0,84
Observa-se das curvas de polarização potenciodinâmicas e da tabela de parâmetros eletroquímicos, que após sinterização, ocorre um aumento do potencial de corrosão e uma diminuição da densidade de corrente de corrosão, embora ocorra diminuição da resistência de polarização, indicando que o meio torna-se mais agressivo para as amostras sinterizadas.
A liga titânio- nióbio é mais resistente ao início da corrosão do que os materiais de que é composta e sua resistência à corrosão é próxima do nióbio e menor do que o titânio, embora o meio salino seja mais agressivo sobre ela do que sobre seus constituintes separadamente.
4 CONCLUSÃO
A liga titânio-nióbio obtida através da metalurgia do pó têm boa resistência à corrosão.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao CNPq, Capes e Fapesp, LAQ (EESC-USP), GMEME e CAQI (IQSC-USP).
REFERÊNCIAS
1 Kempton H.R., "Powder Systems and Applications",ASTM, Metals Handbook, 9 ed.,p.p.568-574,Ohio,1988.
2 Informativo Técnico Metalpó, "Metalurgia do Pó",Metalpó Ind. e Com. Ltda., Estrada do Jaraguá, 453, Pirituba, SP.
3 Bochin G.F. and Lindskog, P.F., "Applications and Developments of Sintered Ferrous Materials", The Institute of Metals Series on Powder Metallurgy - An Overview, p.p 287- 295, London, 1991.
4 Zapata W.C., "Estado Atual da Metalurgia do Pó", ABM, Revista da Metalurgia, vol.43, nO 361, 1987.
5 UHLIG,H.H., Metals Handbook, Ninth Edition v.13. Corrosion. ASM INTERNATIONAL- Metals Park, 1987.
6 )PICON, C.A. Estudos Químicos e Físicos do Ti c.p. e da liga Ti-6Al-4V, antes e após fusão odontológica.São Carlos, 2000.171p. Tese (Doutorado em Ciências: Físico- Química)- Instituto de química de São Carlos- IQSC-USP, São Carlos,2000.
7 GENTIL, V., Corrosão, Rio de Janeiro: Brasil,LTC- Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., pp. 43-70, 2007.
8 WOLYNEC, S., Técnicas Eletroquímicas em corrosão, São Paulo: Brasil, Edusp – Editora da Universidade de São Paulo., pp. 87-146, 2003.
9 GEMELLI, Enori. CORROSÃO de materiais metálicos e sua caracterização. Sc: Ltc, 2001.
